JP7699444B2 - プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関する。

従来の技術として、特許文献１に記載されたプラズマ処理方法がある。

特開２０１６－１５７７３５号公報

本開示は、面内均一性の良いプラズマ処理方法を提供する。

本開示の一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置において基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、前記プラズマ処理装置は、チャンバと、前記チャンバ内に設けられた基板支持部であって、下部電極を含み、前記基板を支持するように構成された、基板支持部と、前記チャンバ内において前記下部電極に対向して設けられた上部電極であって、前記基板支持部は前記上部電極と前記下部電極との間に設けられた、上部電極と、を備え、前記プラズマ処理方法は、前記基板支持部に基板を配置する工程と、前記基板を処理するための処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、前記上部電極又は前記下部電極に、第１の周波数を有する第１の高周波を供給して、前記上部電極と前記下部電極との間に前記処理ガスのプラズマを生成する工程と、前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を供給して、前記上部電極又は前記下部電極と前記プラズマとの間に形成される電界を制御する工程とを含み、前記プラズマを生成する工程は、前記第２の高周波の位相に基づいて、前記第１の高周波の供給を制御する工程を含むプラズマ処理方法が提供される。

本開示の一つの例示的実施形態において、基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、チャンバと、前記チャンバ内に設けられた基板支持部であって、下部電極を含み、前記基板を支持するように構成された、基板支持部と、前記チャンバ内において前記下部電極に対向して設けられた上部電極であって、前記基板支持部は前記上部電極と前記下部電極との間に設けられた、上部電極と、制御部とを備え、前記制御部は、前記基板支持部に基板を配置し、前記基板を処理するための処理ガスを前記チャンバ内に供給し、前記上部電極又は前記下部電極に、第１の周波数を有する第１の高周波を供給して、前記上部電極と前記下部電極との間に前記処理ガスのプラズマを生成し、前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を供給して、前記上部電極又は前記下部電極と前記プラズマとの間に形成される電界を制御し、前記プラズマの生成において、前記第２の高周波の位相に基づいて、前記第１の高周波の供給を制御する制御を実行するプラズマ処理装置が提供される。

本開示の一つの例示的実施形態によれば、面内均一性の良いプラズマ処理方法を提供することができる。

一つの例示的実施形態に係る基板処理装置１を概略的に示す図である。 一つの例示的実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。 工程ＳＴ１に含まれる各工程の一例を示すフローチャートである。 ソースＲＦ信号のＮ倍波のリアクタンスに対して当該Ｎ倍波の強度をプロットしたグラフである。 プラズマ処理チャンバ１０において生成されるシースＳを示す図である。 本処理方法における、ソースＲＦ信号、バイアスＲＦ信号及びシース厚の変化の一例を模式的に示したタイミングチャートである。

以下、本開示の各実施形態について説明する。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理方法が提供される。

プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置において基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、プラズマ処理装置は、チャンバと、チャンバ内に設けられた基板支持部であって、下部電極を含み、基板を支持するように構成された、基板支持部と、チャンバ内において下部電極に対向して設けられた上部電極であって、基板支持部は上部電極と下部電極との間に設けられた、上部電極と、を備え、プラズマ処理方法は、基板支持部に基板を配置する工程と、基板を処理するための処理ガスをチャンバ内に供給する工程と、上部電極又は下部電極に、第１の周波数を有する第１の高周波を供給して、上部電極と下部電極との間に処理ガスのプラズマを生成する工程と、上部電極又は下部電極に、第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を供給して、上部電極又は下部電極とプラズマとの間に形成される電界を制御する工程とを含み、プラズマを生成する工程は、第２の高周波の位相に基づいて、第１の高周波の供給を制御する工程を含む。

一つの例示的実施形態において、第１の高周波の供給を制御する工程は、上部電極又は下部電極に、第１の高周波を第１の電力で供給してプラズマを生成する工程と、第２の高周波の位相に基づいて、第１の電力より低い第２の電力で第１の高周波を上部電極又は下部電極に供給してプラズマの生成を抑制する工程とを含む。

一つの例示的実施形態において、プラズマの生成を抑制する工程は、第２の高周波の位相が、１つ以上の所定の位相範囲にあるときに、上部電極又は下部電極に、第１の高周波を第２の電力で供給する。

一つの例示的実施形態において、１つ以上の所定の位相範囲は、上部電極又は下部電極とプラズマとの間に形成されたシースがチャンバと共振するシースの厚さに基づく。

一つの例示的実施形態において、プラズマの生成を抑制する工程は、２つの所定の位相範囲において、記第１の高周波を第２の電力で供給する。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、制御部を有し、プラズマ処理方法は、１つ以上の所定の位相範囲を制御部に記憶させる工程をさらに含み、第１の高周波の供給を制御する工程は、制御部に記憶された１つ以上の所定の位相範囲に基づいて、第１の高周波の供給を制御する。

一つの例示的実施形態において、第１の高周波の高調波についてチャンバのリアクタンスを算出する工程と、算出されたリアクタンスに基づいて１つ以上の所定の位相範囲を算出する工程とをさらに含み、第１の高周波の供給を制御する工程は、算出された１つ以上の所定の位相範囲に基づいて、第１の高周波の供給を制御する。

一つの例示的実施形態において、基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、チャンバと、チャンバ内に設けられた基板支持部であって、下部電極を含み、基板を支持するように構成された、基板支持部と、チャンバ内において下部電極に対向して設けられた上部電極であって、基板支持部は上部電極と下部電極との間に設けられた、上部電極と、制御部とを備え、制御部は、基板支持部に基板を配置し、基板を処理するための処理ガスをチャンバ内に供給し、上部電極又は下部電極に、第１の周波数を有する第１の高周波を供給して、上部電極と下部電極との間に処理ガスのプラズマを生成し、上部電極又は下部電極に、第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を供給して、上部電極又は下部電極とプラズマとの間に形成される電界を制御し、プラズマの生成において、第２の高周波の位相に基づいて、第１の高周波の供給を制御する制御を実行する。

以下、図面を参照して、本開示の各実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づいて上下左右等の位置関係を説明する。図面の寸法比率は実際の比率を示すものではなく、また、実際の比率は図示の比率に限られるものではない。

図１は、一つの例示的実施形態に係る基板処理装置１を概略的に示す図である。基板処理装置１は、容量結合プラズマ処理装置である。基板処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０、排気システム４０及び制御部５０を含む。また、基板処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一つの例示的実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。一つの例示的実施形態において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでよい。

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでよい。

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでよい。一つの例示的実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでよい。

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を基板支持部１１の導電性部材に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

一つの例示的実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一つの例示的実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一つの例示的実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。一つの例示的実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。一つの例示的実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一つの例示的実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてよい。また、一つの例示的実施形態において、ソース信号及び／又はバイアスＲＦ信号は、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてよい。

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一つの例示的実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１の導電性部材に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、基板支持部１１の導電性部材に印加される。一つの例示的実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてよい。一つの例示的実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、シャワーヘッド１３の導電性部材に印加される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてよい。

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでよい。

制御部５０は、本開示において述べられる種々の工程を基板処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部５０は、ここで述べられる種々の工程を実行するように基板処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一つの例示的実施形態において、制御部５０の一部又は全てが基板処理装置１の外部の装置の構成の一部として設けられてよい。制御部５０は、例えばコンピュータ５０ａを含んでよい。コンピュータ５０ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０ａ１、記憶部５０ａ２、及び通信インターフェース５０ａ３を含んでよい。処理部５０ａ１は、記憶部５０ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部５０ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでよい。通信インターフェース５０ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介して基板処理装置１の他の構成との間で通信してよい。

なお、プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）の他に、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、２００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。

図２は、一つの例示的実施形態に係る基板処理方法（以下「本処理方法」ともいう。）を示すフローチャートである。本処理方法は、バイアスＲＦ信号の所定の位相範囲を算出する工程（ＳＴ１）と、基板支持部１１に基板Ｗを配置する工程（ＳＴ２）と、プラズマ処理チャンバ１０内に処理ガスを供給する工程（ＳＴ３）と、下部電極にソースＲＦ信号を供給する工程（ＳＴ４）と、下部電極にバイアスＲＦ信号を供給する工程（ＳＴ５）と、ソースＲＦ信号の供給を判断する工程（ＳＴ６）と、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号の供給を停止する工程（ＳＴ７）と、処理ガスの供給を停止する工程（ＳＴ８）とを含む。

図３は、工程ＳＴ１に含まれる各工程の一例を示すフローチャートである。工程ＳＴ１は、プラズマ処理チャンバのリアクタンスを算出する工程（ＳＴ１１）と、シース厚を算出する工程（ＳＴ１２）と、バイアスＲＦ信号の所定の位相範囲を算出する工程（ＳＴ１３）と、当該所定の位相範囲を記憶する工程（ＳＴ１４）とを含む。

本処理方法は、例えば、基板処理装置１を用いて実行される。本処理方法の各工程は、制御部５０が基板処理装置１の各構成を制御して実行されてよい。以下、図１から図３を参照して、本処理方法について説明する。

工程ＳＴ１（図２参照）において、バイアスＲＦ信号の所定の位相範囲を記憶する。当該所定の位相範囲は、例えば、制御部５０に含まれる記憶部５０ａ２に記憶される。当該所定の位相範囲は、例えば、基板処理装置１の工場出荷時やメンテナンス時等、本処理方法が実行される前に記憶されてよい。また、当該所定の位相範囲は、本処理方法の一工程として算出され、記憶されてよい。以下、図３を参照して、工程ＳＴ１の一例について説明する。

工程ＳＴ１１において、プラズマ処理チャンバ１０のリアクタンスを算出する。当該リアクタンスは、基板Ｗに対するプラズマ処理チャンバ１０のリアクタンスであってよい。また、当該リアクタンスは、ソースＲＦ信号のＮ倍波（Ｎは２以上の整数。以下「高調波」ともいう。）の強度のピーク値に対応するリアクタンス又は当該リアクタンスの近傍のリアクタンスである。当該ピーク値は、Ｎ倍波の強度の最大値であってよい。

プラズマ処理チャンバ１０のリアクタンスは、例えば、以下の工程により算出される。まず、第１のＲＦ生成部３１ａに含まれるインピーダンス整合回路が、プラズマ処理チャンバ１０のインピーダンスを実効的に変化させる。これにより、ソースＲＦ信号のＮ倍波のリアクタンスが、当該インピーダンスの変化に伴って変化する。そして、各リアクタンスにおける当該Ｎ倍波の強度を測定する。そして、当該Ｎ倍波の強度のピーク値に対応するリアクタンスを算出する。

図４は、ソースＲＦ信号のＮ倍波のリアクタンスに対して当該Ｎ倍波の強度をプロットしたグラフの一例である。図４に示すグラフにおいて、横軸は、基板Ｗに対するプラズマ処理チャンバ１０のリアクタンス（ｉΩ）を示す。工程ＳＴ１１では、このように、各リアクタンスについて測定された当該Ｎ倍波の強度に基づいて、当該強度がピーク値を示すリアクタンスが算出されてよい。

なお、当該リアクタンスは、１つの値であってよく、また、所定の範囲であってもよい。また、リアクタンスを算出する工程ＳＴ１は、例えば、基板処理装置１の工場出荷時やメンテナンス時等、本処理方法に先立って実行されてよい。また、当該リアクタンスは、本処理方法の工程ＳＴ４においてプラズマが生成された後に測定されてよい。

以下、図５を参照して、工程ＳＴ１２の一例について説明する。

図５は、プラズマ処理チャンバ１０において生成されるシースＳを示す図である。下部電極（基板支持部１１）にソースＲＦ信号が供給されると、上部電極（シャワーヘッド１３）と下部電極との間に、プラズマＰが生成される。シースＳは、プラズマＰと基板Ｗとの間の空間である。本実施形態では、プラズマ処理チャンバ１０のリアクタンスに基づいて、シースＳの厚さが算出される。他の実施形態では、プラズマ処理チャンバ１０のリアクタンスに基づいて、上部電極とプラズマＰとの間に生成されるシースの厚さを算出してもよい。

工程ＳＴ１２（図３参照）において、工程ＳＴ１１で算出されたリアクタンスに基づいて、所定のシース厚ｄが算出される。シース厚ｄは、プラズマ処理チャンバ１０がシースＳと共振するときのシースＳの厚さに基づいて算出されてよい。シース厚ｄは、例えば、以下の式（１）に基づいて算出される。

ここで、Ｘはプラズマ処理チャンバ１０のリアクタンス、ｆ_HFはソースＲＦ信号の周波数、ε０は真空の誘電率、Ｍは基板Ｗの面積である。

なお、シース厚ｄは、式（１）に示すような理論式に基づいて算出される数値に限られない。シース厚ｄは、例えば、実験結果等の経験則から得られた数値であってよく、また、経験則と理論の双方に基づいて得られた数値であってもよい。また、シース厚ｄは、１つの値であってよく、また、所定の範囲であってもよい。

工程ＳＴ１３（図３参照）において、工程ＳＴ１２で算出されたシース厚ｄに基づいて、バイアスＲＦ信号の位相範囲Ｔが算出される。位相範囲Ｔは、例えば、以下の式（２）に基づいて算出されてよい。

ここで、ε₀は真空の誘電率、ＶはバイアスＲＦ信号の最大電圧、ｅは電気素量、ｎはシースＳ近傍のプラズマＰ中の電子密度、ｆ_LFはバイアスＲＦ信号の周波数、ｔはバイアスＲＦ信号の位相である。

工程ＳＴ１２において算出されたシース厚ｄが所定の範囲を有する場合、バイアスＲＦ信号の位相範囲Ｔは、シース厚ｄの範囲に基づいて算出されてよい。また、シース厚ｄが１つの値である場合、バイアスＲＦ信号の位相範囲Ｔは、シース厚ｄに基づいて所定の位相ｔを算出し、当該位相ｔに基づいて位相範囲Ｔを算出してよい。また、バイアスＲＦ信号の１周期に対して２つ以上の位相範囲Ｔを算出してもよい。この場合、２つ以上の位相範囲Ｔのそれぞれに対応するシース厚ｄは、同じ厚さであってよい。

工程ＳＴ１４（図３参照）において、工程ＳＴ１４で算出された位相範囲Ｔを記憶する。位相範囲Ｔは、制御部５０に含まれる記憶部５０ａ２に記憶されてよい。なお、工程ＳＴ１４において記憶される位相範囲Ｔは、工程ＳＴ１１から工程ＳＴ１４の一部又は全部を実行せずに得られた位相範囲であってもよい。位相範囲Ｔは、例えば、経験則のみに基づいて得られた位相範囲であってよい。また、位相範囲Ｔは、例えば、工程ＳＴ１１から工程ＳＴ１４のうち、工程ＳＴ１１において算出されたリアクタンスに基づいて算出されてもよい。

工程ＳＴ２（図２参照）において、基板支持部１１に基板Ｗが配置される。基板Ｗは、例えば、シリコンウェハ上に下地膜、被エッチング膜、所定のパターンを有するマスク膜などが積層された基板であってよい。当該被エッチング膜は、本処理方法によってエッチングされる膜である。また、当該エッチング膜は、例えば、誘電膜、半導体膜、金属膜等であってよい。

工程ＳＴ３において、処理ガスがプラズマ処理チャンバ１０内に供給される。処理ガスは、基板Ｗに形成された被エッチング膜をエッチングするために用いられるガスである。処理ガスの種類は、被エッチング膜の材料、マスク膜の材料、下地膜の材料、マスク膜が有するパターン、エッチングの深さ等に基づいて適宜選択されてよい。

工程ＳＴ４において、基板支持部１１の本体部１１１に含まれる下部電極に、ソースＲＦ信号が供給される。ソースＲＦ信号は第１の高周波の一例である。ソースＲＦ信号が下部電極に供給されると、プラズマ処理チャンバ１０内に供給された処理ガスからプラズマが形成される。ソースＲＦ信号の周波数は、例えば、１３ＭＨｚから１５０ＭＨｚである。また、他の実施形態において、ソースＲＦ信号は、シャワーヘッド１３に含まれる上部電極に供給されてよい。

工程ＳＴ５において、基板支持部１１の本体部１１１に含まれる下部電極に、バイアスＲＦ信号が供給される。バイアスＲＦ信号は第２の高周波の一例である。バイアスＲＦ信号が下部電極に供給されると、バイアスＲＦ信号によって下部電極とプラズマＰとの間に形成される電界が制御される。これにより、プラズマＰやシースＳ（図５参照）に存在し、基板Ｗに引き込まれるイオン成分が制御される。バイアスＲＦ信号の周波数は、例えば、４００ＫＨｚから１３．５６ＭＨｚである。他の実施形態において、バイアスＲＦ信号は、シャワーヘッド１３に含まれる上部電極に供給されてよい。

工程ＳＴ４及び工程ＳＴ５が開始されると、プラズマＰにおいて生成されたイオン成分によって、基板Ｗに対してエッチング処理が開始される。なお、工程ＳＴ４及び工程ＳＴ５は、処理が同時に開始されてよい。また、工程ＳＴ５が工程ＳＴ４よりも先に開始されてよい。すなわち、バイアスＲＦ信号がソースＲＦ信号よりも先に下部電極に供給されてよい。

工程ＳＴ６において、ソースＲＦ信号の供給を継続するか又は停止するかを判断する。工程ＳＴ６は、バイアスＲＦ信号の位相が所定の位相範囲Ｔにある否かを判断する工程（ＳＴ６１）と、ソースＲＦ信号の供給を継続する工程（ＳＴ６２）と、ソースＲＦ信号の共有を停止する工程（ＳＴ６３）と、エッチング処理を終了するか否かを判断する工程（ＳＴ６４）をと含む。以下、図６を参照しつつ、工程ＳＴ６における処理について説明する。

図６は、本処理方法における、ソースＲＦ信号、バイアスＲＦ信号及びシース厚の変化の一例を模式的に示したタイミングチャートである。図６は、本処理方法における工程ＳＴ６において連続的に行われる処理のうち、バイアスＲＦ信号の２周期分の処理を取り出したものである。図６において、横軸は、バイアスＲＦ信号の位相（バイアスＲＦ信号の供給時間）を示す。また、縦軸は、ソースＲＦ信号の電力、バイアスＲＦ信号の電力及びシースＳの厚さを示す。図６に示すように、バイアスＲＦ信号の位相は、シース厚ｄの位相と１８０度ずれてよい。

図６に示す例において、位相範囲Ｔは角度θ１から角度θ２（角度θ５から角度θ６）及び角度θ３から角度θ４（角度θ７から角度θ８）である。すなわち、図６に示す例では、１周期について２つの位相範囲Ｔが記憶部５０ａ２に記憶されている。また、当該２つの位相範囲Ｔに対応するシース厚の範囲Ｄは、いずれも厚さｄ１から厚さｄ２である。

工程ＳＴ６１において、バイアスＲＦ信号の位相が位相範囲Ｔにあるか否かが判断される。まず、記憶部５０ａ２に記憶された位相範囲Ｔが呼び出される。そして、バイアスＲＦ信号の現在の位相ｔが位相範囲Ｔの範囲内にない場合（ＳＴ６１ Ｎｏ）、工程ＳＴ６２において、ソースＲＦ信号の供給が継続される。バイアスＲＦ信号の現在の位相ｔが位相範囲Ｔの範囲内にない例は、位相ｔが角度０以上角度θ１未満の範囲ある場合や角度θ２から角度θ３にある場合である。

他方で、バイアスＲＦ信号の現在の位相ｔが位相範囲Ｔの範囲内にある場合（工程ＳＴ６１ Ｙｅｓ）、工程ＳＴ６３において、ソースＲＦ信号の供給が停止される。バイアスＲＦ信号の現在の位相ｔが位相範囲Ｔの範囲内にある場合は、例えば、位相ｔが角度θ１に到達したときである。また、バイアスＲＦ信号の現在の位相ｔが位相範囲Ｔの範囲内にある場合、例えば、ソースＲＦ信号の電力又は電圧を、バイアスＲＦ信号の現在の位相ｔが位相範囲Ｔの範囲内にない場合よりも低下させる等、ソースＲＦ信号の供給を制限してもよい。

工程ＳＴ６２又は工程ＳＴ６３において、ソースＲＦ信号の供給が継続又は停止された後、工程ＳＴ６４において、エッチング処理を終了するか否かが判断される。エッチング処理を継続すると判断すると（ＳＴ６４ Ｎｏ）、ソースＲＦ信号の供給又は停止が継続されるとともに、工程ＳＴ６１に戻って処理が継続される。

工程ＳＴ６において以上の動作が繰り返されることにより、バイアスＲＦ信号の位相ｔに応じてソースＲＦ信号の供給が制御される。すなわち、バイアスＲＦ信号の位相ｔが位相範囲Ｔにないときには、ソースＲＦ信号とバイアスＲＦ信号の双方が下部電極に供給される。他方で、バイアスＲＦ信号の位相ｔが位相範囲Ｔにあるときには、ソースＲＦ信号の供給が停止されて、バイアスＲＦ信号のみが下部電極に供給される。

そして、工程ＳＴ６４において、エッチング処理を終了すると判断すると（ＳＴ６４ Ｙｅｓ）、工程ＳＴ７において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号の供給が停止される。また、工程ＳＴ８において、処理ガスの供給が停止され、本処理方法が終了する。

本開示の一つの例示的実施形態によれば、プラズマ処理チャンバ１０とシースＳが共振しないシース厚又はバイアスＲＦ信号の位相において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号を下部電極（又は上部電極）に供給する。例えば、プラズマ処理チャンバ１０とシースＳが共振するシース厚又はバイアスＲＦ信号の位相において、ソースＲＦ信号の供給を制限又は停止する。このように、ソースＲＦ信号の供給を制御することにより、ソースＲＦ信号の高調波の励起を抑制することができる。ひいては、エッチングレートの面内均一性が良い基板処理方法を提供することができる。

以上の各実施形態は、説明の目的で説明されており、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく種々の変形をなし得る。例えば、本処理方法は、容量結合型の基板処理装置１以外にも、誘導結合型プラズマやマイクロ波プラズマ等、任意のプラズマ源を用いた基板処理装置を用いて実行できる。

１…基板処理装置、１０…プラズマ処理チャンバ１１…基板支持部、１３…シャワーヘッド、２０…ガス供給部、２２…流量制御器、３０…電源、３１…ＲＦ電源、３２…ＤＣ電源、４０…排気システム、５０…制御部、１１１…本体部、１１２…リングアセンブリ、ｄ…シース厚、Ｐ…プラズマ、Ｓ…シース、Ｔ…位相範囲、Ｗ…基板

Claims (6)

1. プラズマ処理装置において基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
   前記プラズマ処理装置は、
   チャンバと、
   前記チャンバ内に設けられた基板支持部であって、下部電極を含み、前記基板を支持するように構成された、基板支持部と、
   前記チャンバ内において前記下部電極に対向して設けられた上部電極であって、前記基板支持部は前記上部電極と前記下部電極との間に設けられた、上部電極と、
   を備え、前記プラズマ処理方法は、
   前記基板支持部に基板を配置する工程と、
   前記基板を処理するための処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、
   前記上部電極又は前記下部電極に、第１の周波数を有する第１の高周波を供給して、前記上部電極と前記下部電極との間に前記処理ガスのプラズマを生成する工程と、
   前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を供給して、前記上部電極又は前記下部電極と前記プラズマとの間に形成される電界を制御する工程と
   を含み、
   前記プラズマを生成する工程は、前記第２の高周波の位相に基づいて、前記第１の高周波の供給を制御する工程を含み、
   前記第１の高周波の供給を制御する工程は、
   前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の高周波を第１の電力で供給してプラズマを生成する工程と、
   前記第２の高周波の位相に基づいて、前記第１の電力より低い第２の電力で前記第１の高周波を前記上部電極又は前記下部電極に供給して前記プラズマの生成を抑制する工程と
   を含み、
   前記プラズマの生成を抑制する工程は、前記第２の高周波の位相が、１つ以上の所定の位相範囲にあるときに、前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の高周波を前記第２の電力で供給し、
   前記１つ以上の所定の位相範囲は、前記上部電極又は前記下部電極と前記プラズマとの間に形成されたシースが前記チャンバと共振する前記シースの厚さに基づく、プラズマ処理方法。
2. プラズマ処理装置において基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
   前記プラズマ処理装置は、
   チャンバと、
   前記チャンバ内に設けられた基板支持部であって、下部電極を含み、前記基板を支持するように構成された、基板支持部と、
   前記チャンバ内において前記下部電極に対向して設けられた上部電極であって、前記基板支持部は前記上部電極と前記下部電極との間に設けられた、上部電極と、
   を備え、前記プラズマ処理方法は、
   前記基板支持部に基板を配置する工程と、
   前記基板を処理するための処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、
   前記上部電極又は前記下部電極に、第１の周波数を有する第１の高周波を供給して、前記上部電極と前記下部電極との間に前記処理ガスのプラズマを生成する工程と、
   前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を供給して、前記上部電極又は前記下部電極と前記プラズマとの間に形成される電界を制御する工程と
   を含み、
   前記プラズマを生成する工程は、前記第２の高周波の位相に基づいて、前記第１の高周波の供給を制御する工程を含み、
   前記第１の高周波の供給を制御する工程は、
   前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の高周波を第１の電力で供給してプラズマを生成する工程と、
   前記第２の高周波の位相に基づいて、前記第１の電力より低い第２の電力で前記第１の高周波を前記上部電極又は前記下部電極に供給して前記プラズマの生成を抑制する工程と
   を含み、
   前記プラズマの生成を抑制する工程は、前記第２の高周波の位相が、１つ以上の所定の位相範囲にあるときに、前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の高周波を前記第２の電力で供給し、
   前記第１の高周波の高調波について前記チャンバのリアクタンスを算出する工程と、
   算出された前記リアクタンスに基づいて前記１つ以上の所定の位相範囲を算出する工程と
   をさらに含み、
   前記第１の高周波の供給を制御する工程は、算出された前記１つ以上の所定の位相範囲に基づいて、前記第１の高周波の供給を制御する、プラズマ処理方法。
3. 前記プラズマの生成を抑制する工程は、２つの前記所定の位相範囲において、記第１の高周波を前記第２の電力で供給する、請求項１又は２記載のプラズマ処理方法。
4. 前記プラズマ処理装置は、制御部を有し、
   前記プラズマ処理方法は、前記１つ以上の所定の位相範囲を前記制御部に記憶させる工程をさらに含み、
   前記第１の高周波の供給を制御する工程は、前記制御部に記憶された前記１つ以上の所定の位相範囲に基づいて、前記第１の高周波の供給を制御する、請求項１又は２記載のプラズマ処理方法。
5. 基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
   チャンバと、
   前記チャンバ内に設けられた基板支持部であって、下部電極を含み、前記基板を支持するように構成された、基板支持部と、
   前記チャンバ内において前記下部電極に対向して設けられた上部電極であって、前記基板支持部は前記上部電極と前記下部電極との間に設けられた、上部電極と、
   制御部と
   を備え、前記制御部は、
   前記基板支持部に基板を配置し、
   前記基板を処理するための処理ガスを前記チャンバ内に供給し、
   前記上部電極又は前記下部電極に、第１の周波数を有する第１の高周波を供給して、前記上部電極と前記下部電極との間に前記処理ガスのプラズマを生成し、
   前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を供給して、前記上部電極又は前記下部電極と前記プラズマとの間に形成される電界を制御し、
   前記プラズマの生成において、前記第２の高周波の位相に基づいて、前記第１の高周波の供給を制御し、
   前記第１の高周波の供給の制御は、
   前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の高周波を第１の電力で供給してプラズマを生成する制御と、
   前記第２の高周波の位相に基づいて、前記第１の電力より低い第２の電力で前記第１の高周波を前記上部電極又は前記下部電極に供給して前記プラズマの生成を抑制する制御と
   を含み、
   前記プラズマの生成を抑制する制御は、前記第２の高周波の位相が、１つ以上の所定の位相範囲にあるときに、前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の高周波を前記第２の電力で供給し、
   前記１つ以上の所定の位相範囲は、前記上部電極又は前記下部電極と前記プラズマとの間に形成されたシースが前記チャンバと共振する前記シースの厚さに基づく、
   制御を実行する、プラズマ処理装置。
6. 基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
   チャンバと、
   前記チャンバ内に設けられた基板支持部であって、下部電極を含み、前記基板を支持するように構成された、基板支持部と、
   前記チャンバ内において前記下部電極に対向して設けられた上部電極であって、前記基板支持部は前記上部電極と前記下部電極との間に設けられた、上部電極と、
   制御部と
   を備え、前記制御部は、
   前記基板支持部に基板を配置し、
   前記基板を処理するための処理ガスを前記チャンバ内に供給し、
   前記上部電極又は前記下部電極に、第１の周波数を有する第１の高周波を供給して、前記上部電極と前記下部電極との間に前記処理ガスのプラズマを生成し、
   前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波を供給して、前記上部電極又は前記下部電極と前記プラズマとの間に形成される電界を制御し、
   前記プラズマの生成において、前記第２の高周波の位相に基づいて、前記第１の高周波の供給を制御し、
   前記第１の高周波の供給の制御は、
   前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の高周波を第１の電力で供給してプラズマを生成する制御と、
   前記第２の高周波の位相に基づいて、前記第１の電力より低い第２の電力で前記第１の高周波を前記上部電極又は前記下部電極に供給して前記プラズマの生成を抑制する工程と
   を含み、
   前記プラズマの生成を抑制する制御は、前記第２の高周波の位相が、１つ以上の所定の位相範囲にあるときに、前記上部電極又は前記下部電極に、前記第１の高周波を前記第２の電力で供給し、
   前記第１の高周波の高調波について前記チャンバのリアクタンスを算出する制御と、算出された前記リアクタンスに基づいて前記１つ以上の所定の位相範囲を算出する制御とをさらに含み、
   算出された前記１つ以上の所定の位相範囲に基づいて、前記第１の高周波の供給を制御する、
   制御を実行する、プラズマ処理装置。

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